物 联网低 功耗广域 网 （ LPWAN ）
产业专利 分 析评议报告
第一章 全球产业发展概述
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第一章 全球产业发展概述
1.1 低功耗广域网是面向强覆盖、低功耗、低成本、小
带宽类型的新兴物联网应用的最优技术
从体系架构上来看，物 联网 可分 为 三 层 ：感知 层 ， 网络层
和 应用层 ，如 图 1 所示。
图 1 物 联网 的体系架构 其中， 网络层 主
要承担着 数据传输 的功能，是物 联网最重
要的基 础设施之 一，在物 联网 中，要求 网络层 能 够 把感知 层
所感知到的数据无障碍、高可靠、安全的 地进行传 送。 网络
层 是物 联网的神经 中枢，是
连 接
感 知层 和 应用层 的 纽带。
对 于智慧城市、共 享单车这类新兴 的物 联网应用 ， 传统 的
网络技术显然无 法很好的 满足， 比如 ZigBee 虽然满足 了
低 功耗、低成本，但是覆盖太弱，而 2G 3G 模 块虽然满
足 了覆
第一章 全球产业发展概述
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盖要求，功耗，成本又太高。在此背景下，低功耗广
域网
LPWAN
的概念 应 运而生，它能 够 同 时满 足 强覆盖 、低功耗、低成本、
小 带宽 的要求，成 为近 年 来产业 所关注的焦点。
1.2
低功耗广域网技术分为基于授权频谱和基于非授权
频谱两大体系
LPWAN （ Low Power Wide Area Network ，低功耗广
域 网络） 专为低带宽 、低功耗、 远 距离、大 量连接 的物 联网
应用 而 设 计 。 LPWAN 可 分为 两 类 ： 一类 是工作于未授 权频
谱 ，例如 LoRa 、 SigFox 等技 术 ；另 一类 是工作于授 权频谱
下，如 3GPP 支持 的基于蜂 窝通信的 LPWAN 技术 ，如
EC-GSM 、 LTE-MTC 、 NB-IoT 等。
其中，基于非授 权频谱的 LPWAN 技术 制式繁多，包括
LoRa 、
SIGFOX 、 Ingenu(OnRamp) 、 Weightless/Nwave/Plata
nus 等 众多技 术 ， 图 2 对常见 的基于非授 权频谱 的
LPWAN 技术进行 了 对比 。可以看出， LoRa 和 Sigfox 在
覆盖范 围 上占 据明显 优势。
第一章 全球产业发展概述
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图 2 常见基 于非授 权频谱 的 LPWAN 技术对比
而基于授 权频谱的 LPWAN 由 3GPP 标准组织主导，这
是由 于使用授 权频谱 的主要是各个运 营 商，用以 发展 公众移
动网 络 ，由于覆盖广泛的天生 优势， 因此 3GPP 组织顺 其
自 然 的 主导了 基于授 权频谱 LPWAN 的研究， 3GPP
LPWAN 研究主要从 以下两个方向开展：方向 一：面对 非
3GPP 技术 挑 战， 开展 GSM 技术 的 进一 步 演进 和全新接入
技术 的研究。 长 期以 来 ， 3GPP 制式运 营 商的物 联网业务
主 要 依 靠 成 本 低 廉 的 GPRS 模 块 ， 然 而 由 于
Lora 、 Sigfox 等新 技术的 出 现 ， GPRS 模 块在 成本、功
耗和覆盖方面的 传统优势受到威胁 ，于是在 2014 年 3 月
的 GERAN #62 会议上 3GPP 提出成立新的 SI （ Study
Item ，研究
项 目
） “FS_IoT_LC” ，研究 演进 GERAN 系 统
和 新 接入系 统的可行 性，以支持更低 复杂 度、更低成本、更
低 功耗、更 强覆盖 等 增强 特性。方向二：考 虑 未 来 替代
2G/3G 物 联网 模 块，研 究低成本、演
进 的
LTE-MTC 技
术 。 进入 LTE
第一章 全球产业发展概述
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及 演进 技 术发展阶 段后， 3GPP 也定 义了许 多可适用物 联网
不
同 业务 需求
场 景
的 终端类 型， Rel-8 版本已定 义 不同速率的
catogery1-5 的 终端类 型，在之后的版本 演进中 ，在新定
义 支持高 带宽、高 速率的 catogery 6 、 catogery 9 等 终
端类 型的同 时 ，也新定 义了 更低成本、支持更低功耗的
catogery 0 （ Rel-12 ） 终端类 型。在 Cat.0 的基 础 上，在
2014 年 9 月 的 RAN #65 会议中 3GPP 提出成立新的
SI“LTE_MTCe2_L1” 研究， 进一 步研究更低成本、更低功
耗、更 强覆 盖的 LTE-MTC 技术 。在 2015 年， 3GPP 标
准组织为应对 LoRa 、 Sigfox 、 Ingenu 等非授 权频段
LPWA 技术零 星部署与全球拓展 趋势 的挑
战 ，
迅速明确了
NB-IoT 、 eMTC 及 EC-GSM 三条清晰的 LPWA 技术 发展
路 线 。但 许 多运 营 商 存在频谱 重耕的 预 期，而且不少运 营 商
在 2G 时代 根本没有部署 GSM 网络， 因此 实质 上的 主 流
技术也就 eMTC 和 NB-IOT 。当前， NB-IOT 和 eMTC 标
准 化已 完成，如 图 3 所示。
R10
R13
MTC
eMTC
WI 立
项
WI 完
成
NB-IOT
WI 完
成
标准冻结
R13
NB-CIoT
合并
SI 立项
SI 完
成
WI 立项
WI 完
成
标准冻结
NB-M2M
NB-OFDM
提出
SI 立项
WI 立项
WI 完成
R13
R13
EC-GSM
NB-LTE
2014.5
2015.4 2015.8 2015.9
2015.12
2016.3 2016.6
图 3 3GPP LPWAN 标准化 路 线图
第一章 全球产业发展概述
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此外，新型多 载 波、多址、网 络技术是 5G 物
联 网
的重
要
技术， 代表未来 发 展方向。 3GPP 也在 积 极的推 进 5G 的
标准 化 进程 ，在 5G 中 为物联网定义 了低 时 延高可靠、和
低功率 大 连接 两大
场 景
，而要 实现这 两大 场景 的需要， 新 型
的多 载 波、多址和 网络 技 术发挥了重要 的作用，而 这 些 新 技
术 无疑 将成 为 未 来基于 授 权频谱 的 LPWAN 的 发展 方向。
其
中
新
型
多
址
技
术
包
括
：
SCMA 、 MUSA 、 NOMA 、 PDMA 等。而新型多 载波技 术
包括： F-OFDM ， UFMC ， FBMC 等。新型 网络技术主 要包
括 设 备 直通等。
基于上述研究， 课题组针对 低功耗广域网划分 了技术分
支，如 图 4 所示。
图 4 低功耗广域网 LPWAN 技术分解
第一章 全球产业发展概述
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1.3
我国企业在全球低功耗广域网产业化进程中发挥重
要作用
在国内市 场，国 内三大运 营商在 2017 也 纷纷开启 了
基 于 NB-IOT 的 LPWAN 商 用 部署，将使 用华为 、中 兴 、
大唐的 基站以及芯片。
而在海外市 场 ， 2016 年 5 月， 华为 在英国成立了全
球首 个致力于窄 带 - 物 联网的开放实验室，专门研究该领域的
前 沿 技术 以及商 业 化模式。
2016 年 11 月 21 日，
华为 和
LG Uplus 在首 尔 西部
新堂 洞 (Sangam-dong) 的 LG Uplus 办 公室共同开 设 了
NB-IoT 开 放 实验 室，
韩 国
移 动运营 商 LG Uplus 已 经 于
华为 就 窄带物 联网 （ NB-IoT ）服 务达 成 了合作协议 。 华为计
划向那些加入 NB-IoT 业务平台 的中小企 业提供 大 约 10 万
个 NB-IoT 芯片和 模 块。
2016 年 12 月，挪 威运营 商 Telia 部署了北欧首个基
于 NB-IoT 的 LPWAN 商 用网络 ， 华为为 Telia 提供了包
括基站和 芯片在内的端到 端 的解决方案。
在 2017 年， 2 月 20 日据国外媒体 报道华为又在 澳
大利 亚开设了 基于蜂 窝 的窄 带 物 联网 （ NB-IoT ） 实验室 ， 专
为 研 究和开 发应用、 智 能设备 和
传 感
器 网络。
同 时 ，我国 企业 在全球范 围内积 极 寻求 并 购以扩 充 自 身
实 力。 2014 年 9 月， 华为斥资 2500 万 美元收 购 了英国
领先
第一章 全球产业发展概述
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的 蜂窝 物 联网芯 片和解决方案提供
商 Neul 。 总部 位 于英国 剑
桥 的 Neul 是一 家 英国 领先的蜂窝 物 联网 芯片和解决方案提
供商。其生 产 的无 线电 模 块 ，是 实现物联网内部 的 数据 通 信
的 核心 部 件 ，可以 应用 于 工业环 境 中。 华为还 将在 剑桥进行
大 规模 招聘 ，以 实现其 建 立全球物 联网 的 愿 景。 Neul 将 为
华 为 的物 联网发展计 划提供 核心 技 术 ，而 华为则会以 Neul
为 核心 ，在英国构 建 一 个 “ 卓越 中 心 ” 。
高新 兴 2016 年 12 月 30 日 发布公 告称 , 公 司 将定向 发
行 股份 及支 付现金 的方式 购买中兴 物 联 84.07% 股 权 , 加上
11 月 30 日公 告收
购 的
11.43% 股 权 , 此 次 公 司 共使 用 7.73
亿 元收 购标的 公
司 95.5% 的 股 权 。中
兴 物
联 在物 联网无线 通
信 模 块 、 车联网 、 卫 星通 信 等 细分 市
场 上
具 有 深厚 的 业务积
累 与 先发 优势 , 可以 补充 物 联网连接层 , 有 助 于公 司 在已有
物 联网技 术优势 基 础上形 成完 整 的 “ 感知、
应 用
、 连接 、 平
台 ” 物 联 网产业链 , 壮 大公 司 数 据积 累 与大数 据 运 营实 力 , 与
公 司形 成 技术 、市
场 上
的 协同 效 应。
世 纪 鼎 利 2016 年 11 月 6 日公 告 ，公 司 将 通过发 行股
份
+ 现金 方式 购 芯智能 100% 股 权 ， 标 的 资产预估值 6.7 亿
元 ， 交易价格 6.66 亿 元 。公 司 同 时 将向 华 夏人寿 等 2 名
对象配 套 募资 不 超过 4.6 亿元 。芯智能 主营业务为提供基
于 RFID 的工 业 机 器 人 生 产 、 RFID 、物 联网 行 业 解决方案的
产品 和服 务 ，主要 产 品 包括接 触 式 / 非接 触 式智能 卡 生
产 及
检
测设备 、
第一章 全球产业发展概述
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个 人 化 设备等基于 RFID 技术的 工 业机 器 人装 备 等。本 次交
易 完成后， 世 纪 鼎 利将 借 势布局 物 联网 行 业。
1.4
研究内容和目的
在此背景下，我国企
业 的
市 场拓展过程当 中，在 核心 技
术 、知 识产权方 面是 否 自主可 控？ 本 课题 就 聚 焦以上
问题 ，
通
过对 技 术和产业现 状 、全球 专 利 数据 基本 态势 、国 内 外重 点 企
业 的
专 利数
据进行 研究，将我国企 业与国际龙头企业 的 专 利数
据进行对标 分 析 ，从而了解 与我 国 与世 界 先 进 水 平 的 差 距，
进 而
寻 求
我国 LPWAN 产业 并 购应对 策略 。
第二章 全球低功耗广域网 LPWAN 申请
1
第二章 全球低功耗广域网 LPWAN 申请态
势
2.1 全球低功耗广域网 LPWAN 领域整体申请趋势
全球低功耗广域 网 LPWAN 领 域 整 体 申请 趋势 和两大技
术 体系占比 情况如 图 5 所示。
图 5 低功耗广域网 LPWAN 领域 整 体 申请 态势和 两 大 技
术
体系 申 请 量对比
基于授 权频谱 的 LPWAN 申请 量 占 比 接近 80% ，在 该
领 域 申 请 主 体 的 活 跃 度 要 远 大 于 基 于 非 授 权 频 谱 的
LPWAN 。由于两 大技 术 体系的 情况 存在 较 大 差异 ，以下分 别
展 示 两大体系的 申请 趋势 。
2.2 基于非授权频谱的低功耗广域网 LPWAN 全球申请趋
势
基于非授 权频谱的 LPWAN 全球 申 请 趋势 如 图 5 所示。
